thiết kế máy chấm bài trắc nghiệm, chương 4

Chia sẻ: Nguyen Van Dau | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:13

Thêm vào BST

Báo xấu

123
lượt xem 29
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Quang trở có hình dạng bên ngoài không giống như những điện trở thông thường, chúng có một lớp vỏ ngoài bằng chất dẻo, sứ hay kim loại nhưng đặc điểm nổi bật là có một cửa sổ bằng thuỷ tinh để ánh sáng đi xuyên qua. Quang điện trở dùng trong công nghiệp được chế tạo từ Sulfit chì để mức chỉ thị nhiệt động và tình trạng nung nóng ở nhiệt độ tương đối thấp (từ 200 đến 400oC). Đặc tuyến phổ nhiệt của quang điện trở được thể hiện như hình sau......

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: thiết kế máy chấm bài trắc nghiệm, chương 4

CAÁU TAÏO VAØ NGUYEÂN LYÙ Chương 4: LAØM VIEÄC CUÛA MOÄT SOÁ LINH KIEÄN QUANG ÑIEÄN TÖÛ 1. Quang ñieän trôû: a. Caáu taïo: Quang trôû coù hình daïng beân ngoaøi khoâng gioáng nhö nhöõng ñieän trôû thoâng thöôøng, chuùng coù moät lôùp voû ngoaøi baèng chaát deûo, söù hay kim loaïi nhöng ñaëc ñieåm noåi baät laø coù moät cöûa soå baèng thuûy tinh ñeå aùnh saùng ñi xuyeân qua. Quang ñieän trôû duøng trong coâng nghieäp ñöôïc cheá taïo töø Sulfit chì ñeå möùc chæ thò nhieät ñoäng vaø tình traïng nung noùng ôû nhieät ñoä töông ñoái thaáp (töø 200 ñeán 400oC). Ñaëc tuyeán phoå nhieät cuûa quang ñieän trôû ñöôïc theå hieän nhö hình sau: Hình 01: Ñaëc tuyeán phoå cuûa Sulfitbitmuyt vaø Sulfitcatmi Theo ñöôøng ñaëc tuyeán cuûa Sulfitbitmuyt, Sulfit chì coù taùc duïng maïnh trong khu vöïc böùc xaï hoàng ngoaïi ( = 1,8  2,5 m). Hình 02: Sô ñoà caáu taïo quang trôû
b. Nguyeân lyù hoaït ñoäng: Khi chöa ñöôïc chieáu saùng, doøng ñieän qua quang trôû vaø qua maïch nhoû (hay lôùn laø tuøy loaïi), goïi laø doøng ñieän toái. Khi ñöôïc chieáu saùng, ñieän trôû noäi cuûa quang trôû giaûm (hay taêng laø tuøy loaïi) ñaùng keå laøm cho doøng qua taêng theo. Giaù trò cuûa ñieän trôû tuøy thuoäc vaøo cöôøng ñoä aùnh saùng chieáu vaøo qua cöûa soå thuûy tinh. Hieän töôïng naøy tuøy thuoäc vaøo loaïi chaát laøm neân quang trôû ñöôïc söû duïng, ñoä taïp chaát vaø chieàu daøi böôùc soùng. c. ÖÙng duïng: Quang ñieän trôû ñöôïc öùng duïng roäng trong nhieàu lónh vöïc caûm bieán aùnh saùng khaùc nhau tuøy thuoäc vaøonguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa chuùng. Cuï theå laø caùc lónh vöïc sau:  Phaàn töû phaùt hieän.  Ño ñoä aùnh saùng trong quang phoå.  Caûm bieán trong heä töï ñoäng hoùa.  Baûo veä, chuyeån maïch, baùo ñoäng, … 2. Diod quang: a. Caáu taïo: Diod quang thöôøng ñöôïc caáu taïo töø chaát baùn daãn phoå bieán nhö Gecmani hay Silic. Chuùng cuõng nhö caùc diod khaùc nhöng ñaëc tröng cuûa chuùng chính laø luoân coù moät cöûa soå ñeå aùnh saùng loït vaøo taùc ñoäng leân lôùp tieáp giaùp PN. Diod quang coù theå ñöôïc söû duïng vôùi hai muïc ñích hoaøn toaøn khaùc nhau, pin maët trôøi vaø diod caûm bieán quang.
b. Nguyeân lyù hoaït ñoäng: * Pin maët trôøi: Khi ñöôïc chieáu saùng, dieän tích treân moái noái PN ñöôïc taêng cöôøng laøm cho söùc ñieän ñoäng treân hai ñaàu moái noái ñöôïc hình thaønh. Doøng ñieän seõ xuaát hieän khi maïch ngoaøi vaø diod taïo thaønh moät voøng kheùp kín. Giaù trò cuûa ñieän aùp xuaát hieän tuøy thuoäc vaøo chaát baùn daãn laøm neân diod. * Diod caûm bieán quang: Diod ñöôïc phaân cöïc nghòch ñoái vôùi nguoàn cung caáp. Khi khoâng ñöôïc chieáu saùng, diod phaân cöïc nghòch laøm cho maïch gioáng nhö bò hôû, chæ coù löôïng doøng ræ nhoû troâi qua. Khi ñöôïc chieáu saùng, moái noái PN nhö ñöôïc noái taét, doøng coù theå ñoå qua diod. c. ÖÙng duïng: Diod quang ñöôïc duøng trong caùc lónh vöïc sau:  Ño aùnh saùng.  Caûm bieán quang ño toác ñoä.  Ñieàu khieån töï ñoäng trong caùc thieát bò chuyeân veà quang hoïc.  Caûm bieán trong heä töï ñoäng hoùa.  Baûo veä, chuyeån maïch, baùo ñoäng, … 3. Transistor quang: a. Caáu taïo: BJT quang cuõng gioáng caùc linh kieän quang ñieän khaùc, ñeàu coù cöûa soå thuûy tinh ñeå cho aùnh saùng xuyeân qua. BJT quang ñeå hôû moái noái BC, ba lôùp baùn daãn taïo neân hai lôùp tieáp giaùp. Moät trong nhöõng lôùp ngoaøi coù kích thöôùc nhoû ñeå quang khoâng theå chieáu vaøo giöõa lôùp neàn. Lôùp neàn phaûi ñuû
moûng ñeå ñöa ñeå löôïng quang haáp thuï coù theå taùc ñoäng ñeán lôùp tieáp giaùp keà beân. Hình 03: Sô ñoà caáu taïo BJT quang b. Nguyeân lyù hoaït ñoäng: BJT quang khoâng laøm vieäc theo kieåu töï kích, khi coù söï taùc duïng cuûa aùnh saùng moái noái taïo ra doøng ñieän taùc ñoäng ñeán Transistor quang, doøng ñieän naøy gioáng nhö doøng kích vaøo cöïc B cuûa caùc BJT thöôøng. Ñoä nhaïy cuûa BJT quang tuøy thuoäc vaøo moái noái BC vaø ñoä lôïi cuûa maïch. c. ÖÙng duïng: BJT quang vôùi ñieän aùp phaân cöïc töø 3 ñeán 5V (nguoàn aùp thoâng duïng trong nhieàu lónh vöïc thieát keá), ñoä nhaïy tín hieäu lôùn neân ñöôïc söû duïng khaù roäng raûi vaø coù theå thay theá ñöôïc nhieàu linh kieän caûm bieán quang ñieän. Transistor quang ñöôïc öùng duïng roäng raûi trong vieäc ñoùng ngaét maïch, ñieàu khieån töï ñoäng, tín hieäu khuaát, maïch ñeám,… 4. Boä gheùp quang Opto coupler: a. Caáu taïo: Hình 04: Sô ñoà caáu taïo boä gheùp quang Opto-coupler
Phaàn töû phaùt quang laø Diod phaùt quang (LED, Light Emitter Diod) coøn phaàn töû caûm bieán quang laø linh kieän caûm bieán quang, thöôøng söû duïng nhaát laø BJT quang. b. Nguyeân lyù hoaït ñoäng: Khi coù tín hieäu phaân cöïc thuaän cho Led, diod phaùt quang naøy seõ phaùt saùng vaø kích thích vaøo moái noái BC cuûa BJT quang (phaàn töû caûm bieán quang) laøm cho BTJ laøm vieäc ôû traïng thaùi daãn (thöôøng laø daãn baûo hoøa). c. ÖÙng duïng: Vôùi öu ñieåm laø taàn soá ñaùp öùng nhanh, toån hao ít ngöôøi ta thöôøng söû duïng boä gheùp quang Opto-coupler vaøo caùc phaïm vi ñoùng ngaét maïch ñieàu khieån. II. CAÙC LOAÏI CAÛM BIEÁN QUANG TRONG COÂNG NGHIEÄP: Vôùi moâi tröôøng laøm vieäc trong hoùa chaát, nhieät ñoä cao,… caùc linh kieän caûm bieán quang phaûi ñaûm baûo ñaït caùc yeáu caàu sau:  Coù ñoä beàn cô khí cao, giaûm ñöôïc chaán ñoäng, vaän toác queùt cao, choáng run cô hoïc, …  Coù ñoä nhaïy caûm cao, giaûm toái thieåu ñöôïc aûnh höôûng cuûa moâi tröôøng laøm vieäc,…  Thích hôïp vôùi nhu caàu vaø ñaùp öùng ñöôïc nhu caàu söû duïng. Caùc haõng saûn xuaát thieát bò töï ñoäng ñaõ ñöa ra thò tröôøng caùc loaïi caûm bieán ñaït ñöôïc caùc yeâu caàu noùi treân. Ñeà taøi öùng duïng caûm bieán quang (Photo Electric Sensors) neân chæ taäp trung tìm hieåu veà loaïi caûm bieán naøy. Veà öùng duïng ngöôøi ta coù theå chia caûm bieán quang ra laøm hai loaïi:
 Loaïi chuøm tia xuyeân.  Loaïi taùn xaï. Tieán haønh phaân tích hai theå loaïi treân ñeå tìm ra giaûi phaùp cho ñeà taøi. 1. Loaïi chuøm tia xuyeân: a. Nguyeân taéc hoaït ñoäng: Boä thu vaø boä phaùt cuøng naèm treân cuøng moät ñöôøng thaúng. Duøng kó thuaät phaùt hieän do che khuaát hay vaät theå laøm cho aùnh saùng coù böôùc soùng ñaõ choïn khoâng theå xuyeân thaáu. Kó thuaät naøy thöôøng ñöôïc söû duïng trong caùc boä phaän ñeám vaø kieåm tra saûn phaåm. Hình 05: Sô ñoà nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa boä thu phaùt loaïi chuøm tia xuyeân b. Caùc thoâng soá ñaùng chuù yù: Hình daïng : hình truï hay khoái chöõ nhaät. Taàm caûm nhaän : toái ña khoaûng 20 meùt. Ñaàu vaøo : 24 ñaàu daây. Ñaàu ra : Rôø le (Relay). Taàn soá chuyeån : 1,5200Hz. c. Nhaän xeùt: Vôùi nguyeân lyù hoaït ñoäng nhö treân, coù theå öùng duïng ñeå thieát keá ñaàu ñoïc cho ñeà taøi. Nhìn chung, duø laø khaû thi nhöng maïch raát khoù thöïc hieän, vì lyù do:  Linh kieän raát ñaét.
 Thöïc hieän xuyeân qua moät lôùp giaáy, neáu nhö ñuïc loå thì khoâng khaû thi coøn nhö töï xuyeân vaät chaát (giaáy) thì ñuïng ñeán ñoä daày moûng vaø traéng ñen cuûa giaáy (phaåm chaát giaáy).  Raát khoù ñeå caûi tieán ñaàu ñoïc vì ñaàu doø caûm bieán quang trong tröôøng hôïp naøy chæ thích öùng vôùi söï chuyeån ñoäng tònh tieán (trong khaû naêng laø moät sinh vieân, kinh phí thöïc hieän khoâng cao, khoâng theå thöïc hieän) hoaëc coá ñònh.  Ñoä tinh tia queùt, theo khaû naêng cho pheùp thöïc hieän, khoâng cao. Keát luaän sau cuøng laø: phöông phaùp naøy khoâng phaûi laø toái öu hoaøn toaøn ñoái vôùi ngöôøi nghieân cöùu.
2. Loaïi phaûn hoài: a. Nguyeân taéc hoaït ñoäng: Moãi vaät chaát ñeàu coù tính chaát haáp thuï (vaät ñen) hay phaûn xaï (göông) naêng löôïng töø ngoaøi taùc ñoäng vaøo. Tuøy theo möùc ñoä phaûn xaï cuûa vaät theå khi nhaän moät chuøm tia tôùi chieáu ñeán maø chuøm tia phaûn xaï coù theå laø maïnh hay yeáu. Caûm bieán quang döïa theo nguyeân taéc phaûn hoài chính laø döïa treân nguyeân taéc phaûn xaï cuûa chuøm tia phaûn xaï. Hình 06: Sô ñoà nguyeân lyù hoaït ñoäng cuûa boä thu phaùt loaïi phaón hoài b. Caùc thoâng soá tieâu chuaån: Hình daïng : hình truï hay khoái chöõ nhaät. Taàm caûm nhaän : 1,570mm. Ñaàu vaøo : 2 ñaàu daây, 12VDC hay 24VDC. Ñaàu ra : 1 ñaàu daây tín hieäu. Taàn soá chuyeån : 1,5200Hz. Theo taøi lieäu cuûa haõng “PEPPERL+FUCHS” veà cöôøng ñoä phaûn xaï tia hoàng ngoaïi treân caùc gam maøu vaø vaät chaát ta coù baûng sau: V Phaûn xaï Töø nguyeân baûn aä t c h aá
t Traéng tieâu chuaån 90% Testcard standard white Xaùm tieâu chuaån 18% Testcard standard grey Giaáy traéng 80% White paper Chöõ in treân baùo 55% News print Goã thoâng saïch 75% Clean pine wood Nuùt baàn 35% Cork Taám baûng goã 20% Wooden pallets clean saïch Boït bia 70% Beer foam Chai nhöïa trong 40% Clear plastic bottes Chai nhöïa naâu 60% Transparent brown plastic trong bottles Nhöïa traéng ñuïc 87% Opaque white plastic Nhöïa ñen 14% Black plastic Ñen tuyeàn 04% Black neoprene Gaùy xoaén ñen 02% Black foam carpet backing Loáp xe hôi 1.5% Automobile tyres Nhoâm nguyeân 140% Aluminium, untreated chaát Theùp boùng laùng 400% Polished stainless steel c.Nhaän xeùt: Vôùi nguyeân lyù hoaït ñoäng nhö treân, raát toát ñeå öùng duïng thieát keá ñaàu ñoïc cho ñeà taøi. Nhìn chung, duø laø khaû thi nhöng maïch raát khoù thöïc hieän, vì lyù do:  Linh kieän raát ñaét.  Thöïc hieän phaûn hoài treân moät lôùp giaáy coù raát nhieàu tia taùn xaï gaây aûnh höôûng ñeán vuøng laân caän neáu nhö söû duïng nhieàu ñaàu queùt saùt lieàn nhau.
 Ñoä tinh tia queùt, theo khaû naêng cho pheùp thöïc hieän, khoâng cao. Keát luaän sau cuøng laø: phöông phaùp naøy khoâng phaûi laø toái öu hoaøn toaøn ñoái vôùi ngöôøi nghieân cöùu nhöng mang tính khaû thi hôn neáu thöïc hieän coâng vieäc caûi tieán cuõng nhö tìm vaät töông öùng thay theá. d. Giaûi phaùp: * Maïch phaùt hoàng ngoaïi: Diod phaùt hoàng ngoaïi coù böôùc soùng  = 950nm (daõy phaùt  = 900  1020 nm), thôøi gian treå laø 0,5s, doøng tieâu thuï 20  30mA. Khi söû duïng duøng theâm moät ñieän trôû haïn doøng töø 180  330. * Maïch thu hoàng ngoaïi: Maïch thu hoàng ngoaïi coù moät Diod thu loaïi Silic, DIN (Diod Infraronge), ñoä nhaïy  = 900  950 nm thích hôïp vôùi maïch phaùt hoàng ngoaïi. Söû duïng tröïc tieáp boä thu hoàng ngoaïi nhaän tín hieäu cuûa boä ñieàu khieån xa cuûa Television SONY, giaù thò tröôøng khoaûng 10.000 ÑVN. Boä thu hoàng ngoaïi naøy hoaït ñoäng oån ñònh ôû möùc aùp +5VDC, coù ba chaân (moät chaân VCC, moät chaân Mass vaø moät chaân tín hieäu). * Nguyeân lyù hoaït ñoäng: Khi heä thoáng laøm vieäc, ñaàu ñoïc luoân ôû traïng thaùi ñoïc. Ñaàu queùt nhaän tín hieäu ñoïc töø maïch trung taâm (noái Mass), ñeøn hoàng ngoaïi chieáu saùng, phaùt ra tín hieäu hoàng ngoaïi. Tuøy theo beà maët cuûa tôø giaáy laø saùng hay toái maø ñoä phaûn xaï tia hoàng ngoaïi maïch hay yeáu. Ñieän aùp ñöôøng tín hieäu cuûa ñaàu ñoïc tuøy thuoäc vaøo cöôøng ñoä chieáu cuûa tia hoàng ngoaïi, ñieän aùp naøy seõ qua boä khueách ñaïi thuaät toaùn (Opamp) ñeå
chuyeån ñoåi möùc tín hieäu 0 hay 1. Tín hieäu naøy seõ ñöôïc truyeàn veà slot giao tieáp chôø CPU ñoïc vaøo. * Böôùc caûi tieán so vôùi ñeà taøi tröôùc:  Ñaàu queùt ñöôïc khoáng cheá qua moät loã cöïc nhoû ñeå laøm taêng ñoä tinh cho tia queùt.  Ñaàu queùt vaø ñaàu ñoïc ñöôïc thieát keá coù theå chuyeån ñoäng tònh tieán treân cuøng moät caàn queùt do moät ñoäng cô böôùc loaïi nhoû ñieàu khieån, laáy trong oå ñóa meàm1,2 MB.  Caàn queùt, mang ñaàu ñoïc vaø ñaàu queùt coù theå tröôït tònh tieán treân thanh tröôït doïc theo chieàu ngang cuûa giaáy queùt. Caàn queùt do moät ñoäng cô böôùc loaïi lôùn ñieàu khieån, laáy trong maùy in kim-ñoäng cô keùo ñaàu oå kim. Lôïi ñieåm cuûa nhöõng caûi tieán naøy laø:  Ñoä tinh tia queùt cao hôn vaø ñaàu ñoïc_queùt coù theå chuyeån ñoäng tònh tieán: thích hôïp cho xöû lyù aûnh möùc saéc neùt hôn, roâng hôn theo ñuùng yeâu caàu.  Caàn queùt di ñoäng ñöôïc: coù theå ñoïc ñöôïc moïi phöông thöùc boá trí vò trí ñaùnh daáu traéc nghieäm.  Duøng ít ñaàu ñoïc_queùt hôn. Khuyeát ñieåm cuûa nhöõng caûi tieán naøy laø:  Toån hao coâng suaát cao hôn.  Tieáng oàn do ñoäng cô sinh ra (raát nhoû). Keát luaän: Ngöôøi thöïc hieän ñeà taøi quyeát ñònh aùp duïng giaûi phaùp vaø nhöõng caûi tieán naøy ñeå thöïc hieän
ñeà taøi chính vì tính linh hoaït, tính kinh teá cuõng ñoä tin caäy sau khi ñaõ thöïc nghieäm.
Do moãi linh kieän ñöôïc thieát keá bôûi moät nhu caàu nhaát ñònh naøo ñoù, trong moät hay moät soá heä thoáng. Ngoaøi caùc caùc IC chuyeân duøng laø nhaø saûn xuaát thieát keá theo moät chuaån möïc rieâng neân tính oån ñònh cuûa chuùng khaù cao, rieâng caùc IC soá laø ñöôïc thieát keá cho nhu caàu roäng raõi cuûa nhieàu nhaø thieát keá neân khi aùp duïng cho vieäc thieát keá moät maïch coù tính naêng rieâng bieät ñoâi khi xuaát hieän hieän töôïng hoaït ñoäng baát oån. Ñeå giuùp cho heä thoáng hoaït ñoäng oån ñònh maïch caàn coù moät soá maïch hoã trôï cho hoaït ñoäng cuûa maïch. Chính vì nhu caàu aáy maø trong maïch thieát keá caàn söû duïng moät soá maïch coù taùc duïng hoã trôï nhö sau:  Maïch Autoreset.  Maïch ñeäm vaø coâng suaát phaàn cô.  Maïch khueách ñaïi tín hieäu.